Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси і системи. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” – Харків –2004.
Дисертація присвячена дослідженню і розробці енергозберігаючого тягового електроприводу рудникового акумуляторного електровозу з комбінованим імпульсним перетворювачем.
Визначено критерії вибору базової структури тягового електроприводу, розвинений і конкретизований алгоритм глобального пошуку оптимальної структури тягового електроприводу й імпульсного перетворювача.
Проведено аналітичні комп'ютерні та експериментальні дослідження перехідних електромагнітних процесів у силовому ланцюгу тягового електроприводу при ШІМ напруги живлення тягових двигунів, в результаті яких встановлена аналітична залежність між частотою модуляції, шпаруватістю імпульсного перетворювача, коефіцієнтом пульсації струму, параметрами силового ланцюга; обґрунтовані переваги двоступеневого регулювання напруги. Розроблено алгоритм двоступеневого регулювання, що реалізується мікропроцесорним блоком керування.
Запропоновано схему імпульсного перетворювача, що використовує сполучення IGBТ і одноопераційних SCRI – тиристорів з Е – комутацією, дослідження якої методами мереж Петрі підтвердили її відповідність для рудникового акумуляторного електровозу.
У дисертаційній роботі знайшла подальший розвиток теорія аналізу і синтезу тягових електроприводів з імпульсними перетворювачами напруги для рудникових акумуляторних електровозів на основі рішення задач багатокритеріальної оптимізації і теорії мереж Петрі.
Отримані в дисертаційній роботі результати теоретичних досліджень у сукупності своїй становлять значний внесок у розвиток теорії і практики створення тягових електровозів з імпульсним перетворювачем, а розроблені схемотехнічні рішення дозволяють розробити необхідну високоефективну і енергоекономічну систему керування вітчизняними рудниковими акумуляторними електровозами.
Виконані дослідження дають можливість сформулювати узагальнюючі висновки:
В умовах сталості тенденції підвищення цін на електроенергію і збільшення питомої ваги останньої в загальних витратах на видобуток КК підземним способом, запропоновані стратегія і тактика подальшого розвитку методів оптимізації структур і параметрів ТЕП з ІП, що відкриває можливість створення СУ рудниковими акумуляторними електровозами з очікуваними енергозберігаючими показниками.
Уперше розроблений і запропонований теоретико–експериментальний підхід до синтезу ТЕП з ІП напруги на основі задач багатокритеріальної оптимізації, що відрізняється від відомих розширеним обсягом імовірнісних можливостей перебору аналізованих варіантів, які дозволяють одержати алгоритм оптимізації структур і на його основі поетапно конструювати архітектуру побудови ІП з необхідними параметрами і техніко-економічними показниками.
Запропоновано математичне забезпечення методів оптимізації ТЕП з ІП, що дозволяє вперше одержати рішення подвійної задачі – забезпечення достатньої наочності поетапного аналізу електромагнітних процесів при високому ступені вірогідності оцінки втрат електричної енергії, що відбуваються в елементах ІП у функції режимів роботи ТЕП.
Запропонована вперше узагальнююча математична модель ТЕП з ІП, що стала базовою для модернізованих методів аналізу і синтезу останніх за критеріями енергоефективності, обумовлює раніше недосяжну можливість моделювання комплексу фізичних процесів у ІП ТЕП, спрощуючи сам процес моделювання, а також прискорюючи процес одержання результатів.
Уперше створена принципово нова енергоефективна схема комбінованого ІП з Е – комутацією і зонним регулюванням випрямленої напруги в ТЕП рудникових акумуляторних електровозів, що відрізняється від відомих можливістю досягнення зниження на 20-25 % електричних втрат в елементах перетворювача, збільшенням на 25-30% часу роботи АБ, зменшує електромагнітний вплив СУ електровозом на саму систему і канали зв'язку й автоматики, організовані по лініях, прокладених уздовж гірничих виробіток шахт.
Розроблена методика аналізу процесів у ланцюгах ТЕП з ІП, що дозволяє, на відміну від відомих, за заданими вхідними параметрами ІП і внутрішнім параметрам ланцюга електроприводу в цілому, врахувати взаємний вплив системи: ТЕП – АБ і тим самим вперше одержати необхідні рівні адаптації керованих сигналів СУ ІП у функції рівня пульсації струму в ланцюзі тягового двигуна.
Розроблені вперше методи й алгоритми керування ТЕП з імпульсним регулюванням напруги живлення за критеріями мінімізації енергоспоживання від АБ рудникового електровозу, що відрізняються достатньою універсальністю і дозволяють створювати енергоефективні системи керування електроприводами з двигунами постійного струму, виключивши чи знизивши при цьому до мінімуму пульсації струму в силовому ланцюзі двигуна без застосування громіздких засобів згладжування форм кривих струму.
Отримані розрахункові співвідношення і криві для визначення границь ефективного керування ІП за критеріями мінімуму енергоспоживання, що відрізняються від відомих можливістю ефективно використовувати весь діапазон регулювання без ускладнення самої системи і залучення для цього додаткових силових елементів.
Отримані теоретичні та експериментальні дослідження, нові патентоспроможні схемотехнічні рішення використані в науково-дослідних роботах Криворізького технічного університету і передані до ВАТ “Електромашина” для створення вітчизняного високоефективного електроустаткування і систем керування новими видами рудникових акумуляторних електровозів.
Дослідний зразок СУ рудниковим акумуляторним електровозом з тяговим електроприводом типу та імпульсним регулюванням випрямленої напруги проходить випробування в шахтах.
Очікуваний економічний ефект від впровадження складає 17,15 тисяч грн. на один електровоз у рік, підтверджений – 4,41 тис. грн. на один електровоз у рік.
Результати досліджень дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі в Криворізькому технічному університеті, Українському політехнічному технікумі (м. Кривий Ріг) і Кременчуцькому державному політехнічному університеті (м. Кременчук).
Сформульовані в дисертаційній роботі наукові положення, рекомендації і висновки є достатньо обґрунтованими, базуються на теоретичному аналізі, коректній постановці розв'язуваних наукових задач, узгоджені в розроблених математичних і фізичних моделях з експериментальними результатами і раніше відомими даними з літературних джерел, апробацією основних положень і результатів на представницьких конференціях і симпозіумах.
Публікації автора:
Синчук О.Н. Удовенко О.А., Синтез структуры тягового электропривода с импульсным преобразователем для рудничного аккумуляторного электровоза. // Праці інституту електродинаміки НАН України.-К.-2003.-№3(6).-С.59-63.
Здобувачу належить методика глобального пошуку та визначення очікуваних по мінімуму енергетичних витрат в елементах ТЕП з ІП, їх оптимальних структур на базі теорії мереж Петрі
Сінчук О.М., Удовенко О.О., Сушко Д.Л., Чернишов А.О. До питання про пульсації струму двигуна в тяговому електроприводі з двозонним чопером // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”.-Харків: НТУ “ХПІ”.-2003.-Вип.10.-Т.1.-С.199-202.
Здобувачу належить розробка методології підходу до аналізу і синтезу ТЕП з ІП із двоступеневим регулюванням напруги живлення, дослідження електромагнітних процесів, виведення аналітичної залежності рівня пульсацій струму в тягових електродвигунах від частоти модуляції імпульсного перетворювача
Синчук О.Н., Удовенко О.А., Чернышов А.А. Алгоритм двухзонного управления комбинированным импульсным преобразователем напряжения тягового двигателя электровоза. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий.-2003.- Вып.6(6).-С.4-6.
Здобувачу належить розробка теорії та алгоритму керування ІП при двоступеневому управлінні напругою живлення
Сінчук О.М., Удовенко О.О. Энергосберегающий тяговый электропривод с импульсным преобразователем напряжения для рудничных аккумуляторных электровозов // Вісник Східноукраїнського національного університету.-2003.-Вип.10 (68).-Ч.2.-С.34-41.
Здобувачу належить теоретичне та практичне обґрунтування і створення на основі задач багатокритеріальної оптимізації, з урахуванням комбінації напівпровідникових приборів різного типу, плавно послідовно-паралельно самоперемикаємих архітектур схемотехнічних рішень в залежності від режимів роботи ТЕП
